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对液力传动的研究过去曾采用的一维束流理论具有物理概念明确、参数调节简单的优点, 在液力传动元件的设计研发中得到广泛应用。但实际上工作液体在液力元件工作叶轮中的流动呈粘性、三维、不可压缩、非稳定的复杂流动, 显然基于一维束流理论并包含有很多经验系数的设计计算方法无法计算其内部流动, 并且在叶片和流道设计以及对外特性预测中存在很大误差。20 世纪80 年代末至90 年代初提出了液力传动二维流动理论和基于S1、S2 流面的准三维流动理论, 但因条件限制并未发展成为指导液力元件设计的成熟理论和方法。近年来, 随着计算机技术、计算流体动力学( CFD) 及其商业软件和流动测量技术的飞速发展, 对液力传动的研究又有了新的突破, 同时也带动了液力传动理论与实际应用的长足发展。63514
美国、德国、日本、韩国等近年来利用CFD 技术对液力传动进行了大量研究, 主要包括液力元件三维流场数值模拟分析以及从CFD 的角度进行液力元件设计。在流场数值模拟与分析方面, Shin Sehyun 等人采用CFD 方法对导轮进行数值模拟, 发现其二次流动的某些规律, 其结果为变矩器叶片的优化设计提供了基础[1]。Huiteng a H 对液力耦合器启动工况内部流场进行了模拟与分析, 并采取几个方案改变泵轮、涡轮的几何结构, 通过对改进后的流场分析发现, 几种情况下的内部流场更加符合实际的工作要求, 从而成本降低[2～3]
Dong Yu 采用流体分析软件STAR CD 进行变矩器的内部流场数值模拟与分析, 利用混合平面理论, 通过周向平均的方法将时变性去除以进行稳态计算, 揭示其流场的流动规律和特性[4～5]。Flack R 基于二维N-S 方程数值解, 发现泵轮压力面到吸力面、内环到外环的流动规律, 得出泵轮曲率是影响其流动的重要因素, 采用向后倾斜叶片可以消除流动中二次流等现象[6~7]。LeeChinwon 介绍了多重相关网格( multiple reference frame) 的流场数值模拟方法[8]。基于CFD 的计算结果能够有效地进行变矩器的改进设计和性能预测论文网。Kow alski Darin 利用CFD的计算结果, 通过改变工作油压, 预测变矩器中的气蚀现象[9]; Norihiko Watanabe 将CFD 计算结果与SC/ Tet ra 技术相结合进行变矩器的设计, 结果证明此方法较以往设计方法缩短了设计周期, 优化了产品的性能[10]。
吉林大学从20 世纪80 年代末开始液力传动现代设计理论与方法的研究, 研究经历了二维流动理论与方法到基于S1、S2 流面的准三维理论与方法,再到三维流动理论与方法的过程。
才委、刘春宝等利用流体分析软件采用有限体积法对液力变矩器内流场进行数值计算, 根据得到的内流场速度和压力信息, 计算其叶轮转矩并预测其性能, 计算结果与实验数据的对比表明数值模拟是准确可靠的[11]。褚亚旭采用CFD 方法进行液力变矩器的流场数值模拟计算和流场分析, 将数值计算结果与实验结果进行分析对比, 从而验证理论计算的正确性[12]; 在流场计算的基础上, 应用叶轮转矩方程, 求解变矩器工作轮转矩, 并预测其原始特性。与原始特性实验结果进行对比, 证明采用CFD预测性能方法的准确性。同济大学吴光强、吴晓栋等在分析了液力变矩器内部流场数值模拟存在困难的基础上, 对液力变矩器的内部流场给出几个比较合理的假设, 利用CFD 技术分别对液力变矩器各叶轮内部流场进行数值模拟计算, 通过分析流场分布情况, 发现变矩器的几何形状存在问题[13～14]。北京理工大学项昌乐、阎清东等利用CFD 技术对液力变矩器内部三维流场进行数值分析, 并以牵引制动型液力变矩器为例, 采用CFX 软件计算变矩器内部流场, 得出牵引和制动工况流场的分布特点, 使一维束流理论的设计方法得到完善和改进, 为进一步提高液力变矩器性能打下基础[15]。与国外相比, 液力传动元件流动测试研究的水平和深度还有一定的差距。